Spiegelbild - Mirror image

Mount Hood spiegelt sich im Wasser des Mirror Lake .

Ein Spiegelbild (in einem ebenen Spiegel) ist eine reflektierte Vervielfältigung eines Objekts, das fast identisch erscheint, aber in der Richtung senkrecht zur Spiegeloberfläche umgekehrt ist. Als optischer Effekt entsteht er durch Reflexion von Stoffen wie einem Spiegel oder Wasser . Es ist auch ein Konzept in der Geometrie und kann als Konzeptualisierungsprozess für 3D-Strukturen verwendet werden.

In Geometrie und geometrischer Optik

In zwei Dimensionen

In der Geometrie ist das Spiegelbild eines Objekts oder einer zweidimensionalen Figur das virtuelle Bild, das durch Reflexion in einem ebenen Spiegel entsteht ; es hat die gleiche Größe wie das Originalobjekt, ist jedoch unterschiedlich, es sei denn, das Objekt oder die Figur hat eine Reflexionssymmetrie (auch als P-Symmetrie bekannt ).

Zweidimensionale Spiegelbilder können in den Reflexionen von Spiegeln oder anderen reflektierenden Oberflächen oder auf einer von innen nach außen gesehen bedruckten Oberfläche gesehen werden. Wenn wir zuerst ein Objekt betrachten, das effektiv zweidimensional ist (z Spiegel. In diesem Beispiel ist es die Änderung der Orientierung und nicht der Spiegel selbst, der die beobachtete Umkehrung verursacht. Ein anderes Beispiel ist, wenn wir mit dem Rücken zum Spiegel stehen und einem Objekt gegenüberstehen, das sich vor dem Spiegel befindet. Dann vergleichen wir das Objekt mit seiner Reflexion, indem wir uns um 180º zum Spiegel drehen. Auch hier nehmen wir aufgrund einer Orientierungsänderung eine Links-Rechts-Umkehrung wahr. In diesen Beispielen verursacht der Spiegel also nicht die beobachteten Umkehrungen.

In drei Dimensionen

Eine symmetrische Urne und ihr Spiegelbild

Das Konzept der Reflexion kann auf dreidimensionale Objekte einschließlich der Innenteile ausgedehnt werden , auch wenn diese nicht transparent sind . Der Begriff bezieht sich dann sowohl auf strukturelle als auch auf optische Aspekte. Ein dreidimensionales Objekt wird in die Richtung senkrecht zur Spiegelfläche umgekehrt. In der Physik werden Spiegelbilder im Fach Geometrische Optik untersucht .

In der Chemie werden zwei Versionen (Isomere) eines Moleküls, eine ein "Spiegelbild" des anderen, als Enantiomere bezeichnet, wenn sie nicht "überlagerbar" sind (der richtige Fachbegriff, obwohl auch der Begriff "überlagerbar" verwendet wird). Sonstiges. Das ist ein Beispiel für Chiralität (Chemie) . Im Allgemeinen werden ein Objekt und sein Spiegelbild Enantiomorphe genannt .

Wenn ein Punkt eines Objekts Koordinaten ( x , y , z ) hat, dann hat das Bild dieses Punktes (wie von einem Spiegel in der y- , z- Ebene reflektiert ) Koordinaten ( -x , y , z ). Reflexion ist also eine Umkehrung der Koordinatenachse senkrecht ( normal ) zur Spiegeloberfläche. Obwohl ein Planspiegel ein Objekt nur in der Richtung senkrecht zur Spiegelfläche umkehrt, wird normalerweise eine Links-Rechts-Umkehrung wahrgenommen . Daher wird die Umkehrung "laterale Inversion" genannt. Die Wahrnehmung einer Links-Rechts-Umkehrung ist wahrscheinlich darauf zurückzuführen, dass die linke und rechte Seite eines Objekts durch seine wahrgenommene Ober- und Vorderseite definiert werden, aber unter Psychologen gibt es immer noch Diskussionen über die Erklärung. Die Psychologie der wahrgenommenen Links-Rechts-Umkehrung wird in "Viel Lärm um Spiegel" von Professor Michael Corballis (siehe "externe Links" unten) diskutiert .

Die Reflexion in einem Spiegel führt zu einer Änderung der Chiralität , genauer gesagt von einem rechtshändigen zu einem linkshändigen Koordinatensystem (oder umgekehrt). Wenn man also in einen Spiegel schaut und zwei Achsen (oben-unten und vorne-hinten) mit denen im Spiegel zusammenfallen lässt, dann ergibt sich eine Umkehrung der dritten Achse (links-rechts).

Steht eine Person seitlich vor einem Spiegel, werden links und rechts direkt durch den Spiegel vertauscht , da die Links-Rechts-Achse der Person dann senkrecht zur Spiegelebene steht. Es ist jedoch wichtig zu verstehen, dass es immer nur zwei Enantiomorphe gibt, das Objekt und sein Bild. Unabhängig davon, wie das Objekt auf den Spiegel ausgerichtet ist, sind daher alle resultierenden Bilder grundsätzlich identisch (wie Professor Corballis in seinem oben erwähnten Artikel "Viel Lärm um Spiegel" erklärt).

Im Bild des im See gespiegelten Berges (Foto oben rechts) ist die Umkehrung senkrecht zur spiegelnden Fläche zu erkennen. Beachten Sie, dass es kein offensichtliches Vorne-Hinten oder Links-Rechts des Berges gibt. Im Beispiel von Urne und Spiegel (Foto rechts) ist die Urne ziemlich symmetrisch vorne-hinten (und links-rechts). Somit ist im Spiegelbild der Urne keinerlei offensichtliche Umkehrung erkennbar.

Ein Spiegelbild erscheint deutlicher dreidimensional, wenn sich der Betrachter bewegt oder das Bild mit binokularem Sehen betrachtet wird . Dies liegt daran, dass sich die relative Position von Objekten ändert, wenn sich die Perspektive des Betrachters ändert oder mit jedem Auge anders betrachtet wird.

Der Blick durch einen Spiegel aus verschiedenen Positionen (aber notwendigerweise mit dem auf den Halbraum auf einer Seite des Spiegels beschränkten Beobachtungspunkt) ist wie das Betrachten des 3D-Spiegelbildes des Weltraums; ohne weitere Spiegel ist nur das Spiegelbild des Halbraums vor dem Spiegel relevant; wenn es einen weiteren Spiegel gibt, gilt auch das Spiegelbild des anderen Halbraums.

Wirkung des Spiegels auf die Beleuchtung der Szene

Ein Spiegel erzeugt nicht nur ein Bild dessen, was ohne ihn da wäre; es verändert auch die Lichtverteilung im Halbraum vor und hinter dem Spiegel. Ein an der Wand hängender Spiegel macht den Raum heller, da zusätzliche Lichtquellen im Spiegelbild erscheinen. Das Auftreten von zusätzlichem Licht verletzt jedoch nicht den Energieerhaltungssatz , da ein Teil des Lichts nicht mehr hinter den Spiegel gelangt, da der Spiegel die Lichtenergie einfach umlenkt. Hinsichtlich der Lichtverteilung hat das virtuelle Spiegelbild das gleiche Aussehen und die gleiche Wirkung wie ein realer, symmetrisch angeordneter Halbraum hinter einem Fenster (statt des Spiegels). Schatten können sich vom Spiegel in den Halbraum davor erstrecken und umgekehrt.

Spiegelschrift

Das Wort "FIRE" und sein Spiegelbild werden auf der Vorderseite dieses Feuerwehrautos angezeigt

Bei der Spiegelschrift wird ein Text bewusst spiegelbildlich dargestellt, um durch einen Spiegel gelesen zu werden. Beispielsweise verwenden Einsatzfahrzeuge wie Krankenwagen oder Feuerwehren Spiegelbilder, um aus dem Rückspiegel des Fahrers gelesen zu werden . Einige Kinos nutzen auch die Spiegelschrift in einem Hinterfenster-Beschriftungssystem , das Menschen mit Hörbehinderung beim Anschauen des Films hilft .

Spiegelsysteme

Im Fall von zwei Spiegeln, in Ebenen unter einem Winkel α, ist der Blick durch beide von dem Sektor, der der Schnittpunkt der beiden Halbräume ist, wie der Blick auf eine um einen Winkel von 2α gedrehte Version der Welt; die Beobachtungspunkte und Blickrichtungen, für die dies gilt, entsprechen denen für den Blick durch einen Rahmen wie den des ersten Spiegels und einen Rahmen im Spiegelbild bezüglich der ersten Ebene des zweiten Spiegels. Wenn die Spiegel senkrechte Kanten haben, ist der linke Rand des Sichtfeldes die Ebene durch den rechten Rand des ersten Spiegels und den Rand des zweiten Spiegels, der bei direkter Betrachtung rechts, im Spiegel jedoch links ist Bild.

Im Fall von zwei parallelen Spiegeln ist der Blick durch beide gleichzeitig wie der Blick auf eine Version der Welt, die um den doppelten Abstand zwischen den Spiegeln in senkrechter Richtung vom Betrachter weg übersetzt wird. Da die Ebene des Spiegels, in die man direkt blickt, jenseits der des anderen Spiegels liegt, blickt man immer schräg, und die eben erwähnte Translation hat nicht nur eine vom Betrachter weg, sondern auch eine senkrechte Komponente. Die translatierte Ansicht kann auch durch eine Translation des Betrachters in entgegengesetzter Richtung beschrieben werden. Bei einem vertikalen Periskop ist beispielsweise die Verschiebung der Welt vom Beobachter weg und nach unten, beide um die Länge des Periskops, aber es ist praktischer, die äquivalente Verschiebung des Beobachters zu berücksichtigen: nach oben und nach hinten.

Es ist auch möglich, einen nicht umkehrenden Spiegel zu erzeugen, indem zwei Spiegel der ersten Oberfläche im 90-Grad-Winkel platziert werden, um ein nicht umgekehrtes Bild zu erhalten.

Siehe auch

Verweise

Externe Links